不同培肥措施对银北灌区土壤盐碱特性、玉米生长及产量指标的影响

樊丽琴，李 磊，吴 霞，王 旭

（宁夏农林科学院农业资源与环境研究所，宁夏 银川 750002）

有机肥替代部分化肥是深入推进农业绿色发展的手段之一［1］，有机物料与无机肥配施也是作物增产、土地生产力提高的主要途径［2-6］，有关有机肥和秸秆还田提高土壤养分含量方面的研究较多，温延臣等［7］在中国农业科学院禹城试验基地长达26年的不同施肥定位试验表明,单施有机肥以及有机无机肥配施与单施化肥相比能有效增加土壤养分含量；徐明岗等［8］研究我国41个长期定位施肥试验土壤有机质变化规律发现，长期无机肥配施有机肥及秸秆还田，土壤有机质呈显著上升趋势；孙本华等［9］研究表明，氮磷钾化肥配合秸秆还田和适量有机无机配施是实现土可持续利用的施肥模式；张邦喜等［10］研究表明，有机物料的输入可以提高黄壤旱地土壤碳氮贮量。

秸秆还田还可改善土壤水盐状况［11-13］；李磊等［14］在宁夏银北盐碱地上的研究表明，秸秆还田2年后，耕层土壤物理性质改善，土壤盐分含量降低；冯国艺等［15］研究发现，秸秆还田可显著降低滨海盐碱地棉田0～40 cm土壤全盐含量；范富等［16］利用玉米秸秆造夹层处理内蒙古通辽市苏打盐碱土2年后，土壤全盐含量显著下降。施用有机肥也可降低耕层土壤盐分含量，提升土地生产力［17-18］，唐继伟等［19］通过长期定位试验研究认为，盐化潮土的养分投入应控制化肥用量，依靠有机肥投入，维持土壤pH值和土壤EC值的稳定。在宁夏银北灌区，有关不同量化肥、秸秆、生物有机肥施用对土壤盐碱特性和作物生长情况影响的研究尚未见报道。本研究的目的是探究银北灌区盐碱地不同培肥措施下的土壤盐碱特性和作物生长情况，为宁夏盐碱地合理施肥提供科学依据，为此，笔者在银北灌区典型盐碱地通过3年定位试验，开展了不同量化肥、秸秆、生物有机肥施用后对土壤盐碱指标、玉米生长及产量指标的影响研究。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017～2019年在宁夏石嘴山市平罗县黄渠桥镇通润村开展，试验区地处西北内陆，属温带干旱荒漠气候，4～10月太阳辐射量为4225.9 kJ/m2，6月最强，为716 kJ/m2；年平均日照时数3201.8 h，6月最多；近10年来该区域降水量为117.1～243.4 mm，年均降水量为184.3 mm，主要集中在7～9月；蒸发量为1708.7 mm［20］。2017、2018和2019年降水量分别为202.5、289.3和150 mm。

1.2 试验设计

以春玉米为供试材料，试验设计见表1，每个处理重复3次，随机区组排列。小区面积50 m2（5 m×10 m），玉米株距为18 cm，行距为60 cm。试验材料养分含量及试验区土壤盐分组成见表2。2017年秸秆还田小区在春玉米播种前按计划还田量的1/2进行处理，2018和2019年秸秆还田处理按试验设计的还田量在上一年玉米收获后进行；生物有机肥（有效活性菌含量≥0.2亿/g）和氮磷钾化肥处理均在春玉米播种前按试验设计进行。2017年春玉米播前土壤有机质均值为16.0 g/kg，碱解氮含量为54.5 mg/kg，有效磷含量为10.9 mg/kg，根据土壤盐分组成可看出，试区土壤盐分类型为氯化物-硫酸盐型盐渍土。在玉米拔节期和抽雄期各灌黄河水1次，灌水量1350 m3/hm2。

表1 试验设计

表2 试验材料养分含量和试验区土壤盐分组成

1.3 测定项目与方法

2017、2018、2019年连续3年在春玉米播种前、抽雄期和收获期每小区采集0～20和20～40 cm土层的土样，测定土壤盐分含量和土壤pH值，土壤盐分含量用DDS-307A型电导率仪测定，土水比为1∶5［21］；土壤pH值用梅特勒实验室pH计测定，土水比为1∶2.5［21］。在玉米收获前每小区随机选择20株玉米测定玉米株高、茎粗等生长指标，同时测定玉米产量及其构成因素。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤盐分含量的影响

由图1（a）可看出，与2017年玉米播前基础土样相比，在0～20 cm土层，2019年土壤盐分含量除T4增加了8.66%外，其他各处理均有不同程度的下降，且下降幅度多高于2018年，T1下降幅度最大，达41.00%，T11、T7和T12次之，下降幅度为26.89%～27.28%。土壤脱盐率效果表现为：施用生物有机肥T2>T3>T4，施用秸秆T7>T6>T5，施用化肥T8>T9>T10，配施处理T11>T12，说明高量有机肥和高量化肥有增加耕层土壤盐分含量的趋势。在20～40 cm土层，与2017年相比，2019年土壤盐分含量同样在各处理间表现不一，有增有减，T3和T9脱盐率最大，分别降低了24.22%和20.18%，而T10盐分增加了19.90%，说明高量化肥有增加土壤盐分含量的趋势，见图1（b）。

玉米抽雄期，在0～20 cm土层，与2017年相比，2019年土壤盐分含量表现为T2和T4下降幅度最大，分别下降了25.71%和24.81%，T10增加幅度最大，盐分含量增加了97.22%，见图1（c）。在20～40 cm土层，与2017年相比，2019年土壤盐分含量表现不一，T2和T4分别降低了33.82%和25.05%，而T9和T10分 别 增 加 了58.43%和41.88%，见图1（d）。

玉米收获后，在0～20 cm土层，与2017年相比，2019年土壤盐分含量表现为各处理均有显著的下降，但下降幅度小于2018年，T5下降了53.91%，土壤脱盐率表现为：施用生物有机肥T2>T3>T4，施用秸秆T5>T6>T7，施用化肥T9>T10>T8，配 施处理T12>T11，见图1（e）。在20～40 cm土层，与2017年相比，2019年土壤盐分含量同样表现为各处理均有显著的下降，但下降幅度多小于2018年，T4下降了41.96%，见图1（f）。

综上所述，试验区土壤经过3年不同措施处理后，玉米播前耕层土壤盐分含量表现为T1下降幅度最大，T11、T7和T12次之，下降幅度为26.89%～27.28%，而高量有机肥和高量化肥有增加耕层土壤盐分含量的趋势；玉米抽雄期耕层土壤盐分含量表现为T2和T4下降幅度最大，分别下降了25.71%和24.81%；玉米收获后耕层土壤盐分含量表现为T5下降幅度最大；与施用有机肥和化肥相比，秸秆还田措施更有助于降低玉米播前和玉米生长后期耕层土壤盐分含量。从有机物料的表现来看，在玉米生长前期施用低量有机肥、高量秸秆还田措施表现出较好效果，但在玉米生长后期，低量有机肥、低量秸秆还田措施降低土壤盐分含量的效果更好。

2.2 不同处理对土壤pH值的影响

与2017年玉米播前基础土样相比，在0～20 cm土层，2019年玉米播前土壤pH值也有不同程度的增加，T1增加幅度最大，增加了0.71个单位，T5增加幅度最小，增加了0.21个单位，土壤pH值增加量表现为：施用生物有机肥T3>T4>T2，施用秸秆T6=T7>T5，施用化肥T8>T10>T9，配施处理T12>T11，见图2（a）。在20～40 cm土层，2019年土壤pH值同样表现为不同程度的增加，T1和T2增加幅度最大，T6、T11和T7增加幅度最小，见图2（b）。

玉米抽雄期，在0～20 cm土层，与2017年相比，2019年各处理土壤pH值也有不同程度的增加，表现为T1和T2增加幅度最大，分别增加了0.93和0.94个单位，T5和T6增加幅度最小，分别增加了0.44和0.48个单位，见图2（c）。在20～40 cm土层，与2017年相比，2019年土壤pH值表现为不同程度的增加，T1和T2增加幅度最大，T6、T11和T7增加幅度最小，见图2（d）。

玉米收获后，在0～20 cm土层，与2017年相比，2019年土壤pH值有不同程度的增加，表现为T12、T1和T5增加幅度最大，增加了0.47～0.51个单位，T8和T10增加幅度最小，分别增加了0.21和0.23个单位，土壤pH值增加量表现为：施用生物有机肥T3>T2>T4，施用秸秆T5>T6>T7，施用化肥T9>T10>T8，配施处理T12>T11，见图2（e）。在20～40 cm土层，与2017年相比，2019年土壤pH值表现为除T11略有下降外，其他各处理均有不同程度的增加，但增加幅度小于2018年，见图2（f）。

综上所述，经过3年不同措施处理后，除高量有机肥处理盐分较2017年略有增加外，其他处理耕层土壤均发生脱盐碱化现象。从有机物料的表现来看，在玉米生长前期，pH值增加量表现为T3>T4>T2、T6=T7>T5；在玉米生长后期，pH值增加量表现为T3>T2>T4、T5>T6>T7。与土壤基础值相比，3年后不同处理耕层土壤pH值均有不同程度的增加，玉米播前表现为T5增加幅度最小，抽雄期表现为T5和T6增加幅度最小，收获后表现为T8和T10增加幅度最小，初步说明秸秆还田在降低玉米生长前期耕层土壤pH值方面较其他措施更显著，而施化肥措施则在玉米生长后期显现出降低耕层土壤pH值的作用。

2.3 不同处理对玉米生长指标的影响

试验区在2017年之前为农户进行田间管理，农户习惯过量施用化肥，受化肥后效影响，2017年各处理玉米生长及产量指标之间的差异明显小于2018和2019年，2018年玉米生长及产量指标受高降雨量影响较大，2019年则受红蜘蛛危害较大。

由图3（a）可看出，各年份玉米株高均表现为T1最低。2017年表现为T11最高，较T1提高了18.49%，各处理之间株高差异整体上小于2018和2019年，主要受2017年前的试验区农户习惯施肥水平较高、肥料后效在某种程度上掩盖了处理之间株高的差异所致；2018年表现为T9、T10和T12株高最高，较T1分别提高了62.90%、64.06%和65.03%，T11次之，说明施用中、高量化肥依然表现出促进玉米生长的效果，而单施有机肥和单施秸秆处理玉米株高显著低于单施化肥处理；与2018年相比，2019年除T7玉米株高有显著增加外，其他各处理玉米株高均有显著的降低，主要受2019年试验区周边玉米虫害泛滥的影响。2019年T12和T10玉米株高最高，较T1分别提高了69.14%和68.99%，T11和T7次之，玉米株高表现为：施用生物有机肥T4=T3>T2，施用秸秆T7>T6>T5，施用化肥T10>T9>T8，配施处理T12与T11相当。

由图3（b）可看出，2017年玉米茎粗表现为T6和T11最大，分别较T1增加2.02和1.83 mm，T8和T1最小，其他各处理之间差异不大；2018年各处理玉米茎粗表现为T10和T11最大，分别较T1增加10.31和10.13 mm，T12次之，较T1增加9.92 mm，T4和T7玉米茎粗分别较T1增加7.35和7.51 mm，T9玉米茎粗较T1增加6.56 mm，T2和T1最低；2019年T7和T12玉米茎粗最大，较T1分别增加10.85和11.22 mm，T11次之，较T1增加9.59 mm，T9、10与T11差异不大，玉米茎粗表现为：施用生物有机肥T4>T3>T2，施用秸秆T7>T6>T5，施用化肥T9>T10>T8，配施处理T12>T11。

综上所述，经过3年不同措施处理后，高量秸秆还田在提高玉米株高和增加玉米茎粗方面优于施用生物有机肥和中低量化肥，玉米株高和茎粗随有机肥和秸秆用量的增加而提高。

2.4 不同处理对玉米产量及其构成因素的影响

由图4（a）可看出，3年内玉米穗长均表现为T9～T12最大，T1和T2最小，2017年T9～T12较T1分别增加4.86、4.79、5.08、4.89 cm，2018年T9～T12较T1分 别 增 加6.52、6.28、6.19、6.03 cm，2019年T9～T12较T1分别增加9.82、10.43、9.80、10.27 cm，2018年玉米穗长表现为单施有机肥与单施秸秆处理差异不大，2019年单施秸秆较单施有机肥处理在增加玉米穗长方面明显，但二者均显著低于单施化肥处理。

由图4（b）可看出，3年内玉米穗粗均表现为T11最大，T10和T12次之，T1和T2最小；2018年单施有机肥与单施秸秆处理下的玉米穗粗差异不大，2019年单施秸秆在增加玉米穗粗方面效果更明显，但二者均显著低于单施化肥处理。

由图4（c）可看出，2018年各处理穗粒重差异明显，可能受2018年降雨量较大的影响。2017～2019年均表现为T11最大，T10和T12次之，2017、2018和2019年T11穗粒重分别较T1增加51.61%、247.83%和294.82%。2018年玉米穗粒重表现为单施秸秆小于单施有机肥处理，2019年则反之，二者均低于单施化肥处理。

由图4（d）可看出，2019年各处理玉米百粒重表现为T12和T11最大，分别较T1增加7.51和7.18 g。在增加玉米百粒重方面，2017和2018年单施有机肥<单施秸秆<单施化肥处理，2019年单施秸秆处理在增加玉米百粒重方面与单施化肥处理效果相当。

由图4（e）可看出，2019年中、高量施用化肥措施玉米产量均低于2018年，而秸秆还田措施和施用高量生物有机肥则高于2018年。2019年试验区玉米受红蜘蛛危害严重，秸秆还田措施受虫害影响小于施用化肥。3年间玉米产量均表现为T11最大，其中2019年T11、T10和T12较T1分别提高了273.80%、254.54%和253.36%。方差分析表明，T10、T11、T12之间玉米产量差异不显著，T9与T10、T12之间差异不显著，与T11差异显著，说明与单施化肥措施相比，连续3年化肥配施生物有机肥在提高玉米产量方面已表现出优势，而配施秸秆在提高玉米产量方面尚未发挥优势，但已表现出增产趋势。玉米产量表现为：施用生物有机肥T4>T3>T2，施用秸秆T6>T7=T5，施用化肥T10>T9>T8，配施处理T11>T12。在增加玉米产量方面，单施有机肥<单施秸秆<单施化肥，2018年单施有机肥或单施秸秆处理玉米产量均显著低于单施化肥处理。

综上所述，在增加玉米穗长、穗粗、穗粒重方面，单施化肥措施均优于单施秸秆或单施生物有机肥措施；在增加玉米百粒重方面，单施秸秆与单施化肥处理效果相当；在增加玉米产量方面，培肥第3年各处理玉米产量表现为：施用生物有机肥T4>T3>T2，施用秸秆T6>T7=T5，施用化肥T10>T9>T8，配施处理T11>T12，玉米产量随生物有机肥和化肥施用量的增加而提高，单施秸秆在提高玉米产量方面优于单施生物有机肥，而中量秸秆还田在提高玉米产量方面优于高量和低量秸秆还田。与化肥措施相比，试验区连续3年化肥配施生物有机肥在提高玉米产量方面已表现出优势，而配施秸秆在提高玉米产量方面尚未发挥优势，但已表现出增产趋势。

3 讨论与结论

从耕层土壤盐分含量来看，经过3年不同措施处理后，玉米播前土壤盐分含量表现为对照下降幅度最大，与其他措施相比，高量有机肥和高量化肥有增加耕层土壤盐分含量的趋势；从有机物料的表现来看，在玉米生长前期施用低量有机肥、高量秸秆还田措施表现出较好效果，但在玉米生长后期，低量有机肥、低量秸秆还田措施降低土壤盐分效果更好，低量有机肥降低土壤盐分效果好于高量有机肥，可能与本试验所用生物有机肥主要成分为鸡粪，且鸡粪中盐分较高，施用高量有机肥带给土体较多盐分有关［22］。

从耕层土壤pH值来看，经过3年不同培肥措施处理后，各处理土壤均发生脱盐碱化现象，播前土壤pH值表现为对照增加幅度最大，脱盐碱化现象明显，与该处理下玉米植株生长量少、地表覆盖度小于施肥处理，进而受2018年强降雨（2018年平罗县降雨量301.9 mm）对耕层土壤盐分的淋洗作用更大有关。秸秆还田在降低玉米生长前期耕层土壤pH值方面较其他措施更显著，而施化肥措施则在玉米生长后期显现出降低耕层土壤pH值的作用。

从玉米生长和产量指标来看，经过3年不同培肥措施处理后，高量秸秆还田在提高玉米株高和增加玉米茎粗方面优于施用生物有机肥和中低量化肥，玉米株高、茎粗随着有机肥和秸秆用量的增加而提高，可能与上一年（2018年）在玉米生长期试验区降雨量较多，秸秆腐熟效果较好，秸秆还田对土壤物理性质的改善有关；在增加玉米穗长、穗粗、穗粒重方面，单施化肥措施均优于单施秸秆或单施生物有机肥措施；在增加玉米百粒重方面，秸秆还田与单施化肥处理效果相当；在增加玉米产量方面，培肥第3年各处理玉米产量表现为：施用生物有机肥T4>T3>T2，施用秸秆T6>T7=T5，施用化肥T10>T9>T8，配施处理T11>T12，玉米产量随生物有机肥和化肥施用量的增加而提高，单施秸秆在提高玉米产量方面优于单施生物有机肥，而中量秸秆还田在提高玉米产量方面优于高量和低量秸秆还田；与化肥措施相比，化肥配施生物有机肥在第3年已表现出增产效果，而配施秸秆尚未表现出显著增产效果。单施秸秆、单施生物有机肥与配施处理效果表现并不一致，可能是由于单施秸秆和单施有机肥处理下土壤氮素供给不足，而本研究中的秸秆腐熟效果较好，较单施有机肥带给土壤更多的氮素营养，故单施秸秆玉米产量效应优于单施有机肥处理；而化肥配施下土壤氮素供给充分，施用有机肥较秸秆还田给土壤提供了更多的磷钾营养和活性有机碳［23］，故化肥配施有机肥的产量效应更为显著。此外，由于大分子有机养分必须经矿化、分解作用转化为无机态或小分子后才能被植物吸收利用，因而有机肥肥效相对缓慢，有机肥施入早期作物的增产效果常常不如等量养分化肥［24-26］，但英国洛桑长期定位试验表明，随着试验时间的延长，施用有机肥或者有机肥配施少量氮肥的处理土壤有机碳含量明显高于化肥处理，可以获得与化肥处理相同甚至更高的作物产量［27］。